ADI 平台提供開發開放式聆聽音訊 AR 眼鏡的元件和工具

若將空間音訊與擴增實境 (AR) 眼鏡整合，就可創造身歷其境的互動式人類感官體驗，進一步消弭實體和數位世界間的隔閡。但設計人員要確保音訊增強型 AR 眼鏡的重量輕盈，並延長實際使用的運作時間。

智慧型 AR 眼鏡市場大幅成長的浪潮勢不可擋，出貨量預計將從 2023 年略高於 676,000 副，增加至 2030 年的 1,300 萬副，年複合成長率為 53%。在顯示品質、電池續航力和整體效能方面的改進，能讓 AR 眼鏡在企業、工業和消費者使用案例中更具實用價值。

帶有嵌入式麥克風和揚聲器的 AR 眼鏡，可讓您快速取用語音助理和播放音樂。在廠區使用數位分身，或為自行車騎士提供導航和效能提示時，這類眼鏡可發揮關鍵作用。

高傳真度的空間音訊，可藉由增強視覺互動的紋理、背景和意涵，顯著影響使用者的 AR 體驗。但是，要讓 AR 眼鏡達到高效能音訊尤其困難，因為尺寸必須夠小，才能讓使用者接受且滿意。此外，這類裝置還必須輕盈，並提供長效電池續航力，因此若要在應用中納入高品質音訊、影片錄製或視覺顯示等功能，挑戰會更加艱鉅。

隨著處理能力和顯示解析度的提升，音訊和電源管理會是應用成功與否的關鍵因素，以便將這些裝置的需求最大化。目前必須克服的挑戰包括：

• 較小的揚聲器往往具有較高的諧振頻率，如果聲音驅動過度，可能會破壞揚聲器，進而更難驅動渾厚的低音。
• 無雜訊的通話品質，是指在阻擋環境雜訊的同時，還須接收佩戴者的聲音，這項要求至關重要，但因麥克風和使用者口腔之間有一定的距離，若要滿足這項要求相當複雜。
• 若要整合更多功能，則需要更好的電池管理解決方案，以確保提升充電速度及延長運作時間。重量、功能和運作時間之間的取捨，是市場能否廣泛採用的關鍵。
• 許多使用案例都要求，使用者聽到周遭環境聲音的能力不會受到妨礙，這些聲音包括迎面駛來的車輛，或與同事之間的互動。

開放式聆聽音訊

設計人員若致力於以自然且真實的方式結合視覺與聽覺資訊，就應考慮採用開放式聆聽音訊技術。開放式聆聽音訊不需要耳機或耳塞，也能讓使用者同時聽到 AR 音效和真實世界的聲音，進而達到無縫接軌的沉浸式體驗，且不會影響到與其他使用者和環境的互動。

AR 眼鏡配備嵌入式麥克風和開放式聆聽揚聲器，非常適合 AR 以及虛擬實境 (VR) 和混合實境應用。使用者可以享受更舒服的聆聽體驗，又不會影響音質或傳真度。藉助這些裝置，使用者能夠聽到周遭環境的聲音，可隨時知曉周遭狀況，進而確保安全並與同事協作或與他人互動，同時還可將其他人無意間聽到音訊內容的風險或困擾降至最低。

工程師可以利用開放式聆聽音訊打造電子應用，以自然的方式將視覺和聽覺資訊互相結合。採用此技術的 AR 眼鏡，還可透過空間音訊，讓使用者聽到彷彿來自特定方向和距離的聲音，讓真實性更上一層樓。

空間音訊將是開放式聆聽音訊開發的關鍵要素，可創造出真實且沉浸的音效環境，與使用者看到的內容及視角互相吻合。例如，Apple 的 Vision Pro VR 裝置就整合了開放式聆聽音訊及空間音訊，並採用 3D 耳部對應功能，不僅可提升身臨其境的體驗，更不需要外部耳機。

空間音訊不僅可以模擬聲波與使用者耳朵、頭部和身體以及實體環境中的表面和物體互動的方式，還能使用位置、方位、距離、速度和方向等中繼資料，動態地調整聲音參數。這些參數包括音量、音調、音色和迴響，視使用者的動作和互動而定。

若要設計 AR 眼鏡用的開放式聆聽音訊應用，必須瞭解裝置的優缺點、空間音訊設計的原理和最佳實務，以及開發工具和框架。影片顯示和影片錄製都需要密集的電力，因此效率相當關鍵。高品質音效和具有吸引力的設計，是客戶是否接受的重要考量因素，而且裝置的充電也必須方便，且在技術允許下，盡量減少充電頻率。

ADI 的開放式聆聽音訊 AR 眼鏡應用平台

Analog Devices, Inc. (ADI) 推出一款 AR 眼鏡平台，包含整合式音訊擷取、播放、電池管理元件與演算法。這些元件和開發工具，能讓設計人員快速打造及測試開放式聆聽音訊 AR 眼鏡應用。

ADI 的音訊處理器編解碼器利用自家的 Pure Voice 處理演算法，可在具有挑戰性的聲學環境中提升語音通話品質，同時還運用動態揚聲器管理 (DSM™) 演算法，在空間受限的揚聲器應用中發出更響亮、更渾厚的聲音。

• ADAU1860 (圖 1) 具備一個 HiFi 3z 音訊 DSP 核心和一個低延遲 FastDSP 核心，外加八個數位麥克風 (DMIC) 輸入通道、三個類比輸入、一個類比輸出以及兩個脈衝密度調變 (PDM) 輸出通道。為了讓降噪達到低延遲，將類比輸入和 DSP 核心之間的路徑達到最佳化，是最理想的作法。

圖 1：ADI 的 ADAU1860 編解碼器具有兩個 DSP、八個數位麥克風輸入、三個類比輸入，以及其他一些功能。(圖片來源：Analog Devices, Inc.)

• ADAU1797 是一款低功耗、高效能的編解碼器，整合了一個 HiFi 3z 音訊 DSP 核心和一個低延遲 FastDSP 核心，另外還配有三個類比輸入通道、10 個 DMIC 輸入通道、兩個 PDM 輸出通道以及一個高功率 D 類放大器輸出通道。在低功率模式下，DSP 核心針對小尺寸應用 (例如開放式聆聽音訊 AR 眼鏡) 進行最佳化。在高效能模式下，HiFi 3z 核心會從 50 MHz 提升至 200 MHz，並且 FastDSP 支援的指令數翻倍，從 64 增加到 128。其處理能力亦有所增強，可用來卸載主機處理器的循環，或可使用較低成本的主機處理器，就不需要額外的外部音訊 DSP 或 MCU。
• ADI 針對每個編解碼器提供評估板。EVAL-ADAU1797Z (圖 2) 採用 8 層式設計，在內層有接地面和電源面，且可由 3.8 V 至 5 V 的單一電源供電。EVAL-ADAU1860EBZ 則採用 4 層式設計，在內層也有接地面和電源面，且可由 USB 匯流排或單一 5 V 電源供電。

圖 2：EVAL-ADAU1797Z 評估板能完整存取 ADAU1797 上的所有類比和數位輸入／輸出。(圖片來源：Analog Devices, Inc.)

ADI 的智慧音訊放大器可提供整合式的電流和電壓感測 (IV) 回授和揚聲器管理演算法，在空間受限的尺寸中，將效能發揮至最大。

• MAX98388 是一款 D 類單聲道數位輸入放大器，可用於 AR/VR 和智慧型眼鏡應用。本產品具有適用於智慧型放大器功能的 IV 回授，並可將 DSM 處理負載移轉到音訊編解碼器。此外，也已針對高達 5.5 V 的應用 (單電芯) 進行最佳化，效率高達 90%。
• 最近推出的 MAX98390 是一款整合 DSM 的增強型 D 類放大器，可增加響度 (SPL) 和低音響應，進而增強微型揚聲器的音質，同時發揮最大效率。具有整合式升壓轉換器和 FET 縮放，再加上 DSM，可以一起延長電池運作時間。升壓轉換器的最大輸出電壓可以編程，能以 0.125 V 的增量，從 6.5 V 提升至 10 V，電池輸入電壓最低可達 2.65 V。MAX98390CEVSYS# (圖 3) 含有 ADI 的 DSM Sound Studio GUI，可以針對採用 MAX98390CEWX+T 的應用簡化其設計和 DSM 實作。

圖 3：MAX98390CEVSYS# 評估系統包括 DSM Sound Studio 軟體，並搭配功能強大的 GUI，可擷取、調諧及評估 MAX98390C 放大器。(圖片來源：Analog Devices, Inc.)

電源是 AR 眼鏡的關鍵設計因素之一。與典型的耳機管理相比，開放式聆聽音訊揚聲器需要更多電力；ADI 提供數款高效率的電源管理 IC，供設計人員在應用中使用：

• ADI 的 MAX77654 系列電源管理積體電路 (PMIC)，可提供高度整合的電池充電和供電解決方案。此系列具有單一電感、多重輸出 (SIMO) 穩壓器，可從單一電感提供三個可獨立編程的電源軌，進而將解決方案的尺寸縮減至最小。Smart Power Selector™ 鋰離子／鋰聚合物充電器可提供 7.5 mA 至 300 mA 的可編程充電電流，以及 3.6 V 至 4.6 V 的可編程充電電壓，並具有電池溫度監測功能，可確保充電安全。此充電器包含兩個 100 mA 低壓降線性穩壓器 (LDO)，可針對音訊和其他雜訊敏感型應用提供漣波拒斥。
• MAX77659 PMIC 具備雙輸入 SIMO 升降壓穩壓器，可從單一電感和一個 LDO (用於漣波拒斥) 提供一個充電軌和三個可獨立編程的電源軌。
• ADI 的 MAX77972 是一款三合一複合式晶片，其中含有 USB-C 偵測、一個 3 A 降壓充電器和一個電量計。本產品可支援 USB On-The-Go (OTG) 反向升壓，並包括一個 Smart Power Selector™ (SPS)。電量計可運用 ModelGauge™ m5 演算法，自動針對電池老化、溫度和放電率進行補償，並在各種工作條件下提供準確的充電狀態 (SOC)。USB Type-C 設定通道 (CC) 偵測引腳可啟用自動的 USB Type-C 電源偵測和輸入電流限制設定。
• MAX17301 是一款獨立式電池側電量計 IC。本產品可提供保護功能、電池內部自放電偵測功能 (選配)，以及適用於單電芯鋰離子／聚合物電池的 SHA-256 驗證 (選配)。具有一個 Maxim 單線式或雙線式 I²C 介面，可用來存取數據與控制暫存器。
• ADI 的 MAX17332 是一款單晶片電池管理解決方案，內含一個線性充電器、一個電量計、電池保護功能和自放電偵測功能。此產品可以平衡混合式電池容量並提供快充功能，更可對並聯電池進行獨立充電，以免交叉充電。

結論

音訊一直是 AR 應用發揮潛力的重大阻礙之一，且在開發上通常都著重於視覺效能。開放式聆聽音訊正是發揮此潛力的契機，能以更輕巧、時尚且舒適的 AR 眼鏡，支援多種使用案例。ADI 以推出一個平台，涵蓋眾多元件、工具和軟體，能藉此創造完整的解決方案。